CN110303681A - 一种真空紫外光固化3d打印*** - Google Patents

一种真空紫外光固化3d打印*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种真空紫外光固化3D打印***，包括密闭箱体、氮气***、光源***、机架、机架Za轴运动模块、料槽、成型台、成型台Zb轴运动模块和气压检测装置；光源***、机架、机架Za轴运动模块、料槽、成型台和成型台Zb轴运动模块安装于密闭箱体内，氮气***置于密闭箱体外，光源***安装在机架Za轴运动模块上，成型台安装在成型台Zb轴运动模块上，成型台和成型台Zb轴运动模块安装在料槽内；光源***包括光源、LCD屏幕、光源冷却***和玻璃容器；LCD屏幕的底面与容器的底板上表面贴合。解决了现有光固化打印***材料成本高、打印速度低、光源利用率不高和打印机使用寿命短的问题。

Description

一种真空紫外光固化3D打印***
技术领域
本发明涉及增材制造领域，尤其涉及一种真空紫外光固化3D打印***。
背景技术
快速成型技术 (Rapid Prototyping Manufacturing)又被称作3D打印技术，该技术根据物体的三维模型数据，通过成型设备以逐层叠加的方式制造实体，它能克服目前传统机械加工无法实现的特殊结构障碍，实现任意复杂结构部件的简单化生产。
在3D打印技术中，较为常见的是光固化快速成型技术，其利用液体状态的光敏树脂(UV) 在光照下发生聚合反应，以光源按照待固化实体的截面形状进行照射，使液态光敏树脂逐层固化成型后累积叠加，最终形成固化实体。
现有光固化打印技术分为激光立体印刷技术SLA (激光点光源固化)、DLP (投影仪面光源固化)和LCD (液晶面光固化)三种。其中，SLA技术的优点是成型精度高，但由于其成型方式是激光点成型，相对于面成型，其成型速度慢、效率低。而DLP技术的优点是光源利用率高、固化成型速度快。但其缺点也同样明显，即光机寿命短、固化成型面积小，不利于大尺寸物体的成型。若使用菲镜起到放大的作业，则会导致像素分布不均匀，最终引起成型精度差的问题。
LCD技术在一定程度上解决了上述问题，相对SLA技术，可以较快的速度成型，相对DLP技术，成型精度相对较高。但同样的，LCD技术的缺点也同样明显，LCD技术大都采用LED灯作为光源，这种光源具有很强的热辐射，长期辐射会使屏幕过热，影响其使用寿命。此外，现有光固化技术中，需要加入光引发剂引发固化反应，而光引发剂大都具有生物毒性，不利于环境友好。另外，光引发剂的加入一方面会增加打印材料的成本，另一方面也会增加材料的黏度，因此打印***中不得不加入刮板的结构，以便在打印过程中添加材料并刮平液面，使得打印过程复杂，打印速度降低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种真空紫外光固化3D打印***，用以解决现有光固化打印***成本高、环境不友好、打印速度低和使用寿命短的问题。
为解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种真空紫外光固化3D打印***，其特征在于，包括密闭箱体1、氮气***2、光源***7、机架5、机架Za轴运动模块6、料槽13、成型台15、成型台Zb轴运动模块14和气压检测装置16；
所述光源***7、机架5、机架Za轴运动模块6、料槽14、成型台15和成型台Zb轴运动模块14安装于密闭箱体1内，氮气***2置于密闭箱体1外；
所述光源***7安装在机架Za轴运动模块6上；
所述成型台15安装在成型台Zb轴运动模块14上；
所述成型台15和成型台Zb轴运动模块14安装在料槽13内。
优选的，根据权利要求1所述的真空紫外光固化3D打印***，其特征在于，所述光源***7包括光源8、光源冷却***9、LCD屏幕12和容器11；
所述光源8和LCD屏幕12安装于容器11内部；
所述光源8和LCD屏幕12从上至下依次安装；
所述光源位于容器11上端，所述LCD屏幕12的底面与容器13的底板上表面贴合。
优选的，所述光源8为LED灯板，LED灯板包括LED灯珠和氮化铝陶瓷基板。
优选的，所述LED灯板的光照波长为172 nm。
优选的，所述光源冷却***9包括水冷***9和散热片10；
所述水冷***9安装于容器11上表面和前表面；
所述散热片10安装于容器左右两侧面。
优选的，所述容器11为透明材料，透明材料选自光学石英玻璃、亚克力或玻璃。
优选的，所述密闭箱体1包括进气口3和出气口4；
所述氮气***2通过密闭箱体1的进气口3与密闭箱体连接；
所述气体检测装置16安装于箱体上。
本发明具有如下优点：
本发明所提供的一种真空紫外光固化3D打印***，使用真空紫外光源，光照波长为172nm，可直接催化成型材料进行固化反应，固化成型并得到打印产品，无需添加光引发剂，一方面节约了材料的成本，另一方面不使用对环境有污染的光引发剂物质，降低了污染。
另外，本发明所提供的一种真空紫外光固化3D打印***，不需添加光引发剂，降低了光敏材料的黏度，其流动性大大增加，打印***中不需要设置刮板结构，打印***工作过程简单，打印速度快。
还有，本发明所提供的一种真空紫外光固化3D打印***，不需添加光引发剂，降低了材料的成本。
此外，本发明所提供的一种真空紫外光固化3D打印***，打印光源为紫外光源，相对其他LCD光源，产生的红外光辐射较低，热辐射强度降低，同时光源***中配备了光源冷却***，可及时吸收并转移热量，降低光源***的温度，延长使用寿命。
附图说明
图1表示本发明一种真空紫外光固化3D打印***实施例的***组成示意图。
图中：1. 密闭箱体；2. 氮气***；3. 进气口；4. 出气口；5. 机架；6. 机架Za轴运动模块；7. 光源***；8. 光源；9. 水冷***；10. 散热片；11. 容器；12. LCD屏幕；13.料槽；14. 成型台Zb轴运动模块；15. 成型台；16. 气体检测装置。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。
须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、右”、“中间”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。
实施例1
参见图1，一种真空紫外光固化3D打印***，包括密闭箱体1、氮气***2、光源***7、机架5、机架Za轴运动模块6、料槽13、成型台15、成型台Zb轴运动模块14和气压检测装置16；所述光源***7、机架5、机架Za轴运动模块6、料槽13、成型台15和成型台Zb轴运动模块14安装于密闭箱体1内，氮气***2置于密闭箱体1外；所述光源***7安装在机架Za轴运动模块6上，所述成型台15安装在成型台Zb轴运动模块14上，所述成型台15和成型台Zb轴运动模块14安装在料槽13内；进行打印作业时，光源***7可随机架Za轴运动模块6移动，成型台15可随成型台Zb轴运动模块15移动。
实施例中，所述光源***7包括光源8、光源冷却***9、LCD屏幕12和容器11；所述光源8和LCD屏幕12安装于容器11内部，所述光源8和LCD屏幕12从上至下依次安装；所述光源位于容器11上端，所述LCD屏幕12的底面与容器12的底板上表面贴合。
实施例中，所述光源8为LED灯板，LED灯板包括LED灯珠和氮化铝陶瓷基板；所述LED灯珠以矩阵式排列于氮化铝陶瓷基板上。
实施例中，所述LED灯板的光照波长为172 nm。
实施例中，所述光源冷却***9包括水冷***9和散热片10；所述水冷***9安装于容器11上表面和前表面；所述散热片10安装于容器左右两侧面。
实施例中，所述容器12为透明材料，透明材料为亚克力。
实施例中，密闭箱体1包括进气口3和出气口4，分别位于密闭箱体1的两侧；所述氮气***2通过密闭箱体1的进气口3与密闭箱体连接，氮气可自氮气***2流出，经由密闭箱体1的进气口3进入密闭箱体1，并将密闭箱体1中的气体由出气口4排出。
实施例中，所述气体检测装置16安装于箱体上，用于检测密闭箱体内氮气的含量。
工作时，当需要进行打印作业时，氮气***2开始排放氮气，排放的氮气经由密闭箱体1的进气口3进入密闭箱体，将密闭箱体内的空气由出气口4排出，同时气体检测装置16实时检测密闭箱体内气体的含量，当密闭箱体1内的氧气含量低于100 ppm时，打印机可以开始进行打印作业。
进行打印作业时，机架Za轴运动模块6将光源***7移动至距离料槽13液面上表面5 mm的距离，光源8产生172 nm的光照，光线经过LCD屏幕12将影像投影至料槽14内树脂材料的液面，同时光源冷却***中的水冷***9开始工作，吸收光源8产生的热量，另外散热片10也可以吸收光源8产生的热量；本发明使用的树脂材料为丙烯酸酯，不含光引发剂；在172nm波长的光照下，丙烯酸酯可产生自由基发生聚合反应，因此在172 nm波长的光照下，丙烯酸酯便可进行固化反应打印产品；固化成型完成第一层打印，成型台Zb轴运动模块14带动成型台15向下移动到距离树脂材料液面两层成型平面厚度的位置，同时，机架Za轴运动模块6保持不动，将光源***7与树脂材料液面之间的距离保持在5 mm，开始第二层光固化打印，以此类推，直至完成全部成型平面的打印，完成产品加工。
产品打印成型结束后，机架Za轴运动模块6带动光源***7向上移动，随后成型台Zb轴运动模块14带动成型台15向上移动拖出树脂材料的液面，氮气***停止工作，密闭箱体恢复至常温常压并打开，得到打印成型的产品。
采用了本发明所提供的真空紫外光固化3D打印***后，通过使用172 nm波长的光源，不需要加入光引发剂便可开始聚合反应并进行打印成型，相比其他LCD技术和DLP技术，降低了打印材料的成本，另外也降低了材料对环境的污染；采用上置光源，光照均匀且强度充足，光线直接照射至料槽表面进行成型打印，光源利用率高，相比SLA技术及其他DLP技术，打印精度大大提高；光源***中配备冷却***，相比传统LCD技术，打印机的使用寿命长；采用两套Z轴运动模块，实现快速调节光源及成型台的位置，不含刮板结构，成型过程简单方便，大大提高了打印效率，可实现快速打印。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (7)

1.一种真空紫外光固化3D打印***，其特征在于，包括密闭箱体（1）、氮气***（2）、光源***（7）、机架（5）、机架Za轴运动模块（6）、料槽（13）、成型台（15）、成型台Zb轴运动模块（14）和气压检测装置（16）；
所述光源***（7）、机架（5）、机架Za轴运动模块（6）、料槽（13）、成型台（15）和成型台Zb轴运动模块（14）安装于密闭箱体（1）内，氮气***（2）置于密闭箱体（1）外；
所述光源***（7）安装在机架Za轴运动模块（6）上；
所述成型台（15）安装在成型台Zb轴运动模块（14）上；
所述成型台（15）和成型台Zb轴运动模块（14）安装在料槽（13）内。
2.根据权利要求1所述的真空紫外光固化3D打印***，其特征在于，所述光源***（7）包括光源（8）、光源冷却***（9）、LCD屏幕（12）和容器（11）；
所述光源（8）和LCD屏幕（12）安装于容器（11）内部；
所述光源（8）和LCD屏幕（12）从上至下依次安装；
所述光源位于容器（11）上端，所述LCD屏幕（12）的底面与容器（11）的底板上表面贴合。
3.根据权利要求2所述的真空紫外光固化3D打印***，其特征在于，所述光源（8）为LED灯板，LED灯板包括LED灯珠和氮化铝陶瓷基板。
4.根据权利要求3所述的真空紫外光固化3D打印***，其特征在于，所述LED灯板的光照波长为172 nm。
5.根据权利要求2所述的真空紫外光固化3D打印***，其特征在于，所述光源冷却***包括水冷***（9）和散热片（10）；
所述水冷***（9）安装于容器（11）上表面和前表面；
所述散热片（10）安装于容器左右两侧面。
6.根据权利要求2所述的真空紫外光固化3D打印***，其特征在于，所述容器（11）为透明材料，透明材料选自光学石英玻璃、亚克力或玻璃。
7.根据权利要求1所述的真空紫外光固化3D打印***，其特征在于， 所述密闭箱体（1）包括进气口（3）和出气口（4）；
所述氮气***（2）通过密闭箱体（1）的进气口（3）与密闭箱体连接；
所述气体检测装置（16）安装于箱体上。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102019009065A1 (de) * 2019-12-21 2021-06-24 Bundesrepublik Deutschland, vertr. durch das Bundesministerium der Verteidigung, vertr. durch das Bundesamt für Ausrüstung, Informationstechnik und Nutzung der Bundeswehr Erhöhung der Festigkeit von FDM-Drucken

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